[实用新型]机械结构阻尼大小智能化控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械振动及噪声控制技术领域，尤其涉及一种机械结构阻尼大小智能化控制系统。

背景技术

振动广泛存在于各种工作状态下的机械系统中，比如汽车、火车、轮船等交通工具和飞机、火箭、卫星等飞行器中。强烈的振动不仅会影响仪器仪表工作的精准性和稳定性，严重时还会因疲劳破坏而缩短结构的寿命，或者因共振而损坏结构。同时，由于振动而产生的噪声不仅造成环境的污染，还会危及操作人员的身心健康。因此，必须要降低设备的振动，然而从目前的研究状况来看，大多数是采用附加阻尼材料的方法进行控制，但其存在以下不足：

1）由于设备的运行负荷、运行条件等经常发生变化，引起的振动剧烈程度也在发生变化，而普通的附加阻尼材料层一旦制作安装好，其阻尼大小就不可改变，当机械系统运行环境发生较为剧烈的振动，特别是共振时，其本身不具备增加阻尼的能力。

2）目前在消极隔振的办法中，当基础发生低频振动时，增加阻尼能大大降低结构的振幅；而在基础高频激励下，增加阻尼反而会使其振幅有所增加。

发明内容

本实用新型就是为了解决现有技术存在的上述不足，提供一种机械结构阻尼大小智能化控制系统，当机械结构发生振动时，通过阻尼大小的智能化控制，能够自发地改变结构阻尼，使振动较快地衰减下来，并对不同的环境做出相应的反应，减少机械系统因振动引起的损坏，保持设备的精度和工作可靠性，延长设备的使用寿命，抑制结构对环境产生的噪声污染、保证操作人员的身心健康。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种机械结构阻尼大小智能化控制系统，包括阻尼材料层、压电作动器层、传感器和阻尼控制系统，所述阻尼材料层的下部与振动结构基体连接、上部与压电作动器层连接，压电式传感器与振动结构基体下表面或上表面连接，阻尼控制系统主要包括计算机、NIPCI4472板卡、DAQ板卡、电荷放大器、功率放大器等，其中压电式传感器通过电荷放大器与NIPCI4472板卡连接，NI-PCI4472板卡通过DAQ板卡、功率放大器与压电作动器层连接。

所述阻尼控制系统硬件采用NI控制系统，软件则为阻尼控制算法模块。

所述NI控制系统采用NI-PCI4472板卡，高精度频域测量的8通道动态信号采集卡，适用于振动传感器的信号采集；NI-PCI4472板卡与Lab VIEW声音及振动工具包模块连接、结合使用，可进行高精度的测量，能够快速采集、分析并记录振动数据，完全满足机械结构阻尼大小智能化控制系统振动状态信息的采集要求。

所述阻尼控制算法模块采用F-XLMS自适应滤波前馈主动控制算法模块，所述F-XLMS自适应滤波前馈主动控制算法模块包括结构特征模块、滤波器参数模块、比较器模块、LMS模块、第一控制通道特征模块、第二控制通道特征模块，其中结构特征模块与比较器模块连接，滤波器模块通过第一控制通道特征模块与比较器模块连接，比较器模块与LMS模块连接，第二控制通道特征模块与LMS模块连接，LMS模块与滤波器模块连接。本实用新型中F-XLMS算法分为两种情况，一种是增大阻尼的F-XLMS算法，另一种是减少阻尼的反F-XLMS算法。前者是，当压电传感器贴于弯曲振动结构基体的下表面时，使阻尼控制系统发出的电压信号与传感器同相位，当压电传感器贴于弯曲振动结构基体的上表面时，使阻尼控制系统发出的电压信号与传感器反相位，同时让控制电压的幅值增加，压电作动器层变形幅值也就增加，阻尼材料层获得较大剪切变形，从而提高整个结构的阻尼；后者与前者相反，控制电压信号的幅值与相位，使压电作动器层变形接近于基体结构的变形，使得阻尼材料层获得最小剪切变形，从而降低整个结构的阻尼。

所述F-XLMS自适应滤波前馈主动控制算法模块，对于由支撑基础引起的强迫振动，当激振频率小于1.41倍的结构固有频率时，采用增大阻尼的F-XLMS算法，可以有效的控制结构振动；当激振频率大于1.41倍的结构固有频率时，采用减少阻尼的F-XLMS算法。以满足不同振动的要求：对于由支撑基础引起的强迫振动，当结构发生共振时，增加阻尼能大大降低结构的振幅；而在高频激励下，增加阻尼反而会使其振幅有所增加。

所述阻尼材料层采用氯化丁基橡胶、或氯丁橡胶、或丁腈橡胶。采用氯丁橡胶、丁腈橡胶、氯化丁基橡胶等高分子阻尼材料作为减振材料，能防止或减轻机械振动对设备的破坏。氯化丁基橡胶阻尼材料，因丁基橡胶分子链上带有许多甲基，弹性滞后较大，所以具有优越的阻尼性能，而且丁基橡胶氯化后，反应性和粘合性能明显提高。阻尼材料层贴在振动结构基体表面，压电作动器层则贴在阻尼材料层上方。